JP4777808B2

JP4777808B2 - 風車の回転数制御システム

Info

Publication number: JP4777808B2
Application number: JP2006092991A
Authority: JP
Inventors: 禎章北村; 康宏高田; 貴司酒井
Original assignee: Nikko Co Ltd; Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Nikko Co Ltd; Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2007263089A

Description

本発明は、風力発電などに用いられる風車の回転数制御システムに関する。

例えば風力発電用の風車の回転数制御方法として、従来より、大型のプロペラ型風車では、翼のピッチを変更する制御を行うことで回転数を制御する方法が知られており、また、最大出力が２０ｋＷ以下の小型風車では、台風時等の強風時にのみ偏向動作を行うパッシブな制御方法を用いたものは知られている。
特開２００５−９８１８１号公報

しかしながら、翼のピッチを変更する制御方法は、ピッチを変更させる機構が複雑でコストが高くつくという問題がある。

また、台風時等の強風時にのみ偏向動作を行うパッシブな制御方法では、風車の回転数を安定した一定の回転数に保つのは難しい。特に、小型風車は、回転数が風速の変化に敏感に応答して変化しやすいという性質を有していることから、パッシブな制御による回転数制御には限界がある。

そのため、回転数制御のためのブレーキを備えさせたり、回転数を落とすために電気的短絡を行わせる短絡機構を備えさせることもあるが、バッテリーやダミー抵抗が必要で、コストが高くつく。

本発明は、上記のような問題点に鑑み、風向、風速の変化にかかわらず風車の回転数を設定回転数に安定良く保つことができ、しかも、それをコスト的に有利に行うことができる風車の回転数制御システムを提供することを課題とする。

上記の課題は、風向センサーと、
風速センサーと、
風向に対する風車の向きをアクティブに変更する向き変更駆動部と、
回転数制御の対象となる風車についての風速、風車の回転数及び風向に対する偏向角の相互関係を記憶した記憶部と、
風車の回転数を設定する設定部、又は、風車の設定回転数を固定で記憶した第２記憶部と、
前記風向センサー及び風速センサーからの信号と、記憶部に記憶されている風速、風車の回転数及び風向に対する偏向角の相互関係とに基づいて、設定回転数を維持するための偏向角を求め、向き変更駆動部に対して風車の向きをその偏向角となるように変更させる指令信号を出力する処理部と
が備えられていることを特徴とする風車の回転数制御システムによって解決される。

この制御システムでは、風向と風速とを検知し、回転数制御の対象となる風車についての風速、風車の回転数及び風向に対する偏向角の相互関係から偏向角を求め、風車の向きをその偏向角となるように変更する制御を行うようになされているから、風向、風速の変化にかかわらず風車の回転数を設定回転数に安定良く保つことができる。

しかも、風車の偏向角を制御することで回転数を制御するものであることにより、簡素な機構で回転数を制御することができると共に、制御のための電気もわずかでよく、コスト的な有利性を発揮することができる。

特に、風速の変化で回転数を変化させやすい小型風車の場合には、コスト的な負担を小さく抑えながらも、目を見張る効果的な回転数制御を実現することができ、制約の多い系統連係を行う場合であってもそれをコスト的に有利に行うことができる。

本発明は、以上のとおりのものであるから、風向、風速の変化にかかわらず風車の回転数を設定回転数に安定良く保つことができ、しかも、それをコスト的に有利に行うことができる。

次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示す実施形態は、最大出力が２０ｋＷ以下の小型の風力発電用プロペラ風車１を対象とした回転数制御システムであり、図１（イ）に示すように、風車１には、風向に対する風車１の向きをアクティブに変更する向き変更駆動部２が備えられており、該向き変更駆動部２を駆動し、図１（ロ）に示すように、風車１の向きを風向に対して偏向させることで、風車１の回転数は制御される。θは偏向角である。

この制御のため、風向センサー３と、風速センサー４と、処理部５と、記憶部６と、回転数設定部７が備えられている。風向センサー３と風速センサー４は、時々刻々変化していく風速と風向とを検知するもので、検知された情報は処理部５に伝えられる。

記憶部６は、回転数制御の対象となる上記の風車１についての風速、風車の回転数及び風向に対する偏向角の相互関係を記憶しているところで、その関係は、図３（イ）に示すように、データベースのかたちで記憶されており、そのデータは、制御の対象となる同一ないしは同型の風車１を用いて事前にマッピングすることで得られたものである。なお、上記の関係は、データベースに限らず、式等のかたちで記憶されていてもよい。

処理部５は、センサー３，４からの風向、風速に関する情報と、記憶部６に記憶されている関係とに基づいて、設定回転数を維持するための偏向角θを求め、向き変更駆動部２に対して風車１の向きがその偏向角θとなるように変更させる指令信号を出力する処理を行うものである。

上記の制御システムでは、図２（ロ）に示すように、回転数設定部７で回転数を設定してスタートすると、処理部５は、センサー３，４によって検知された風向、風速の読取りを行い（ステップＳ１）、該風向、風速と、記憶部６に記憶されている関係とから偏向角θ求め（ステップＳ２）、該偏向角θに基づき向き変更駆動部２に風車１の向きを必要に応じて変更させる指令信号を出力する（ステップＳ３）というステップＳ１〜Ｓ３を繰り返していき、それにより、風車１は、風向と風速とが時々刻々変化していっても、それに応じて向き変更駆動部２の駆動によって偏向角θを変化させ、設定回転数を安定良く保つことができる。また、この制御中に、回転数設定部７で回転数を別の回転数に変更することも可能であり、その場合も、上記と同様のステップを繰り返し、変更後の回転数を一定に保つ制御が行われる。

以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、回転数設定部７が備えられていて、回転数を設定することができるようになされているが、７を風車の設定回転数を固定で記憶した第２記憶部とし、その固定設定回転数に基づいて回転数制御が行われるようになされていてもよい。

また、上記の実施形態では、風車１がプロペラ型風車である場合を示したが、その他の水平軸型風車であってもよいし、垂直軸型風車であってもよい。垂直軸型風車の場合であっても、風車の回転軸と風向とのなす角度を変更制御することにより、その回転数を制御することができる。

また、本発明のシステムは、風速の変化に敏感に応答して回転数が変化しやすい小型風車に好適に用いることができるが、中型、大型の風車に用いることも可能である。

図（イ）は実施形態の制御システムを示す説明図、図（ロ）はプロペラ型風車についての偏向角の概念を示す説明図である。図（イ）は記憶部にデータベースのかたちで記憶されている風速、風車の回転数及び風向に対する偏向角の相互関係を示す表図、図（ロ）は制御、処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１…風車
２…向き変更駆動部
３…風向センサー
４…風速センサー
５…処理部
６…記憶部
７…回転数設定部

Claims

風向センサーと、
風速センサーと、
風向に対する風車の向きをアクティブに変更する向き変更駆動部と、
回転数制御の対象となる風車についての風速、風車の回転数及び風向に対する偏向角の相互関係を記憶した記憶部と、
風車の回転数を設定する設定部、又は、風車の設定回転数を固定で記憶した第２記憶部と、
前記風向センサー及び風速センサーからの信号と、記憶部に記憶されている風速、風車の回転数及び風向に対する偏向角の相互関係とに基づいて、設定回転数を維持するための偏向角を求め、向き変更駆動部に対して風車の向きをその偏向角となるように変更させる指令信号を出力する処理部と
が備えられていることを特徴とする風車の回転数制御システム。